【正文】 1. 概述 汽車性能的優(yōu)劣不僅取決于組成汽車的各部件的性能，而且在很大程度上取決于各部件的協(xié)調(diào)和配合，取決于總體布置；總體設計水平的高低對汽車的設計質(zhì)量、使用性能和產(chǎn)品的生命力起決定性的影響。 汽車是一個系統(tǒng)，這是基于汽車只有如下屬性而具備組成系統(tǒng)的條件： ① 汽車是由多個要素（子系統(tǒng)及連接零件）組成的整體，每個要素對整體的行為有影響； ② 組成汽車的各要素對整體行為的影響不是獨立的； ③ 汽車的行為不是組成它的任何要素所能具有的。 由此，汽車具備系統(tǒng)的屬性，對環(huán)境表現(xiàn)出整體性、一輛子系統(tǒng)屬性匹配協(xié)調(diào)的汽車所具備的功能大于組 成它的各子系統(tǒng)功能純粹的、簡單的總和、反之，如果子系統(tǒng)的屬性因無序而相互干擾，即便是個體性能優(yōu)良的子系統(tǒng)，其功能也會因相互扼制而抵消，功率循環(huán)、軸轉(zhuǎn)向等就是這樣的典型例子。 系統(tǒng)論所揭示的系統(tǒng)整體性和系統(tǒng)功能的等級性必然會映射到設計任務中來、用整體性來解釋汽車設計的終極目標是整車性能的綜合優(yōu)化，道理是十分顯然的、汽車設計任務的等級形態(tài)表現(xiàn)為：上位設計任務是確定下位設計任務要實現(xiàn)的目標，下位設計是實現(xiàn)上位設計功能的手段、上、下位體系可從總體設計逐級分至零件設計，總體設計無疑處于這種體系的最上位，設計子系統(tǒng)的全 部活動必須在總體設計構(gòu)建的框架內(nèi)進行、子系統(tǒng)設計固然重要，但統(tǒng)攬全局、設計子系統(tǒng)組合和相互作用體系規(guī)則的總體設計對汽車的性能和質(zhì)量的影響更加廣泛、更為深刻。 整車總布置設計的任務 (1) 從技術(shù)先進性、生產(chǎn)合理性和使用要求出發(fā)，正確選擇性能指標、質(zhì)量和主要尺寸參數(shù)，提出總體設計方案，為各部件設計提供整車參數(shù)和設計要求； (2) 對各部件進行合理布置和運動校核； (3) 對 整車 性能進行計算和控制，保證汽車主要性能指標實現(xiàn)； (4) 協(xié)調(diào)好整車與總成之間的匹配關(guān)系，配合總成完成布置設計，使整車的 性能、可靠性達到設計要求。 設計 原則、目標 （ 1） 汽車的選型應根據(jù)汽車型譜、市場需求、產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展趨勢和企業(yè)的產(chǎn)品發(fā)展規(guī)劃進行。 （ 2）選型應在對同類型產(chǎn)品進行深入的市場調(diào)查、使用調(diào)查、生產(chǎn)工藝調(diào)查、樣車結(jié)構(gòu)分析與性能分析及全面的技術(shù)、進行分析的基礎(chǔ)上進行 （ 3）應從已有的基礎(chǔ)出發(fā)，對原有車型和引進的樣車進行分析比較，繼承優(yōu)點，消除缺陷，采用已有且成熟可靠的先進技術(shù)與結(jié)構(gòu)，開發(fā)新車型。 （ 4）涉及應遵守有關(guān)標準、規(guī)范、法規(guī)、法律，不得侵犯他人專利。 （ 5）力求零件標準化、部件通用化、產(chǎn)品系列化。 汽車設計過程 (1)調(diào)查研究與初始決策：選定設計目標，并制定產(chǎn)品設計工作及方針原則。 (2)總體方案設計：根據(jù)所選定的目標及對開發(fā)目標制定的工作方針、設計原則等主導思想提出整車設想，即概念設計（ concept design）或構(gòu)思設計。 (3)繪制總布置草圖，確定整車主要尺寸、質(zhì)量參數(shù)與性能以及各總成的基本形式。 (4)車身造型設計及繪制車身布置圖：繪制不同外形、不同色彩的車身外形圖；制作相應的造型的 1： 5 整車模型；從中選優(yōu)后，再制作 1： 5 或 1： 1 的精確模型。 (5)編寫設計任務書； (6)汽車總布置設計； (7)總成設計； (8)試制、試驗、 定型。 2. 整車型式的選擇 根據(jù)設計原則，目標和用戶的需求特點，整車設計人員要提出被開發(fā)車型的整車型式方案，主要包括以下幾部分： (1)發(fā)動機的種類和型式； (2)軸數(shù)和驅(qū)動型式； (3)車頭和駕駛室的型式及與發(fā)動機、前軸 (輪 )的位置關(guān)系； (4)輪胎的選擇。 發(fā)動機的種類和型式 對 于發(fā)動機的種類和型式，在現(xiàn)代汽車上主要選用汽油機和柴油機， 用其 它燃料或其它種類的發(fā)動機，可根據(jù)車型的需要進行選取。 發(fā)動機的型式有直列式、 V 型和對置式等。冷卻方式有水冷和風冷。 因此要根據(jù)具體車型的使用條件和布置上的結(jié)構(gòu)需要，而選擇不同種類和型式的發(fā)動機。 汽車的軸數(shù)和驅(qū)動型式 不同類型的汽車有不同的軸數(shù)和驅(qū)動型式，這主要根據(jù)使用條件、用途、工廠的生產(chǎn)條件、制造成本及公路的軸荷限值等因素進行選擇。 最常用的是兩軸、后驅(qū)動 4179。 2 式汽車，其中轎車還可以采用 4179。 2 前驅(qū)動式結(jié)構(gòu)。對于一般總重小于 19t 的汽車，都采用 4179。 2 后驅(qū)動的布 置型式 (前驅(qū)動的轎車除外 )，因為這種汽車結(jié)構(gòu)簡單、布置合理、機動性好、成本低、適合于公路使用，是 — 種典型的、成熟的結(jié)構(gòu)型式。 隨著汽車載重量的增加，各相關(guān)總成也要相應的加大，汽車的自重也要增加，這樣會造成 4179。 2 式的汽車單軸的負荷增加，以致于超過公路、橋梁所規(guī)定的承載限值 (公路允許單軸負荷為 13t，雙后軸負荷為 24t)。為解決此矛盾，一般采用增加汽車軸數(shù)的辦法來減少單軸的負荷，如從 4179。 2 變成 6179。 6179。 8179。 4，如果想增加驅(qū)動能力，提高越野通過性能，可以采用 4179。 6179。 8179。 8等增加前驅(qū)動型式的結(jié)構(gòu)，同 時也可提高載重量。 采用增加軸數(shù)的辦法，可以提高載重量而不增加單軸負荷，同時還不會增加車箱底板的離地高度，提高通用化、系列化水平，便于生產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本等。所以汽車廠家多年來一直都采用這種辦法變型出更多品種的汽車。 根據(jù)設計要求，本次設計的 ZNZ1091 中型貨車的軸數(shù)為兩軸，所選的驅(qū)動形式為 4179。 2（后輪為雙后輪）的布置形式。 車頭、駕駛室的型式 車頭、駕駛室的型式是汽車的最主要的型式之一。其選擇主要決定于用戶的要求、安全性、維修保養(yǎng)的方便性和生產(chǎn)條件等因素。車頭的型式如長頭、平頭、凸頭等都各有其優(yōu)缺 點。 車頭、駕駛室與發(fā)動機，前軸 (前輪胎 )的布置位置，也可組成不同的布置結(jié)構(gòu)，形成不同風格的整車外形，使軸荷分配、軸距、轉(zhuǎn)彎直徑等發(fā)生變化。對使用、性能也有一定的影響。 綜合以上結(jié)論，本次設計的最佳的驅(qū)動 型式是發(fā)動機前置后輪驅(qū)動、所選的車頭為平頭式結(jié)構(gòu)。 圖 駕駛室與發(fā)動機，前軸 (前輪胎 )的布置位置 輪胎的選擇 輪胎的尺寸和型號是進行汽車性能計算和繪制總布置圖的重要原始數(shù)據(jù)之一，因此，在總體設計開始階段就應選定，而選擇的依據(jù)是車型、使用條件、輪胎的靜負荷、輪胎的額定負荷以及汽車的行駛速度。當然還 應考慮與動力 — 傳動系參數(shù)的匹配以及對整車尺寸參數(shù) (例如汽車的最小離 地間隙、總高等 )的影響。 輪胎所承受的最大靜負荷與輪胎額定負荷之比，稱為輪胎負荷系數(shù)。大多數(shù)汽車的輪胎負荷系數(shù)取為 ～ ，以免超載。轎車、輕型客車及輕型貨車的車速高、輪胎受動負荷大，故它們的輪胎負荷系數(shù)應接近下限；對在各種路面上行駛的貨車，其輪胎不應超載。在良好路面上行駛且車速不高的貨車，其輪胎負荷系數(shù)可取上限甚至達 ；對車速不高的重型貨車、重型自卸汽車，此系數(shù)亦可偏大些。但過多超載會使輪胎早期磨損，甚至發(fā)生胎面剝落及爆胎等事故。 試驗表明：輪胎超載 20％時，其壽命將下降 30％左右。 為了提高汽車的動力因數(shù)、降低汽車及其質(zhì)心的高度、減小非簧載質(zhì)量，對公路用車在其輪胎負荷系數(shù)以及汽車離地間隙允許的范圍內(nèi)應盡量選取尺寸較小的輪胎。采用高強度尼龍簾布輪胎可使輪胎的額定負荷大大提高，從而使輪胎直徑尺寸也大為縮小。例如裝載量 4t 的載貨汽車在 20世紀 50 年代多用的 — 20 輪胎早已被 — 20； — 20 甚至 — 16 等更小尺寸的輪胎所取代。越野汽車為了提高在松軟地面上的通過能力常采用胎面較寬、直徑較大、具有越野花紋的超低壓輪胎。 山區(qū)使用的汽車制動頻繁，制動鼓與輪輞之間的間隙應大一些，以便散熱，故應采用輪輞尺寸較大的輪胎。轎車都采用直徑較小、斷面形狀扁平的寬輪輞低壓輪胎，以便降低質(zhì)心高度，改善行駛平順性、橫向穩(wěn)定性、輪胎的附著性能并保證有足夠的承載能力。 我國各種汽車的輪胎和輪輞的規(guī)格及其額定負荷可查相應的國家標準。轎車輪胎標準見 GB 2978— 82；貨車和客車的輪胎規(guī)格詳見國標 GB 516— 82。貨車的后輪裝雙胎時，比單胎使用時的負荷可增加 10％～ 15％。 總布置設計人員應初步確定以下各種參數(shù)，作為整車和 總成的原始數(shù)據(jù)和工作目標。在整車的方案 (車頭、駕駛室的型式、發(fā)動機的種類，整車初步的外廓尺寸、主要布置參數(shù)和布置草圖 )初步確定之后，整車設計人員通過圖面工作和 計算、初步確定如下目標參數(shù)： (1) 汽車主要尺寸參數(shù) (2) 汽車質(zhì)量參數(shù) (3) 主要性能參數(shù) (4) 汽車的機動性參數(shù) (5)估算發(fā)動機的最大功率、最大扭矩及其對應的轉(zhuǎn)速。 (6)變速器的頭檔速比和檔位數(shù)，和驅(qū)動橋的主減速比。 主要尺寸參數(shù)的選擇 通過整車總布置草圖的繪制，可以初步確定各總成的布置關(guān)系，進而確定整車各有關(guān)的 (布置 )尺寸參數(shù)和質(zhì)量參數(shù)，以便為總成設計提供原始 數(shù)據(jù)。 在繪制整車總布置草圖時，可以參考同類車型的相關(guān)總成的外廓尺寸和質(zhì)量，按本車的總布置需要，進行總布置草圖的繪制。初步確定主要布置尺寸和進行質(zhì)量參數(shù)的計算。 確定車頭，駕駛室的型式，以及同發(fā)動機、前軸 (輪 )的相互布置關(guān)系后，繪制布置總布置草圖，并在此基礎(chǔ)上布置各大總成。 (1)車架和車箱； (2)后簧、后橋和車輪； (3)前簧、前軸和車輪； (4)傳動系； (5)轉(zhuǎn)向機構(gòu)及拉桿系統(tǒng)，并確定前輪轉(zhuǎn)角和進行轉(zhuǎn)彎直徑的計算； (6)布置油箱、電瓶、消聲器、貯氣簡、及備胎等其它總成。 完成整車總布置草圖后，整車 的外廓尺寸及相關(guān)的布置尺寸參數(shù)已基本確定，然后進行質(zhì)量參數(shù)的計算。 計算質(zhì)量參數(shù)前，要列出各大總成的質(zhì)量，再定出空載和滿載時各總成的質(zhì)心至前軸和地面的距離，最后計算出空載和滿載時的軸荷分配和質(zhì)心至前軸、地面的距離。 通過整車總布置草圖的繪制，可以初步確定各總成的布置關(guān)系，進而確定整車各有關(guān)的 (布置 )尺寸參數(shù)和質(zhì)量參數(shù)，以便為總成設計提供原始數(shù)據(jù)。 在繪制整車總布置草圖時，可以參考同類車型的相關(guān)總成的外廓尺寸和質(zhì)量，按本車的總布置需要，進行總布置草圖的繪制。初步確定主要布置尺寸和進行質(zhì)量參數(shù)的計算。 汽車的主 要尺寸參數(shù)包括軸距、輪距、總長、總寬、總高、前懸、后懸、接近角、離去角、最小離地間隙等。 圖 汽車的主要尺寸參數(shù) 軸距的選擇要考慮它對整車其他尺寸參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)和使用性能的影響。軸距短一些，汽車總長、質(zhì)量、最小轉(zhuǎn)彎半徑和縱向通過半徑就小一些。但軸距過短也會帶來一系列問題，例如車廂長度不足或后懸過長；汽車行駛時其縱向角振動過大；汽車加速、制動或上坡時軸荷轉(zhuǎn)移過大而導致其制動性和操縱穩(wěn)定性變壞；萬向節(jié)傳動的夾角過大等。因此，在選擇軸距時應綜合考慮對有關(guān)方面的影響。當然，在滿足所設計汽車的車廂尺寸、 軸荷分配、主要性能和整體布置等要求的前提下，將軸距設計得短一些為好。 在整車選型初期 ,可根據(jù)要求及駕駛室布置尺寸初步確定軸距 : RJH LSLLL ???? 式中， LH—— 貨箱長度可根據(jù)汽車的裝載質(zhì)量、載貨長度來確定，或參 考同類型、同裝載量汽車的貨廂長度和裝載面積來初步確定； LJ—— 前輪中心至駕駛室后壁的距離，它與布置方案選擇有關(guān)，在該布置方案選定后，可通過對駕駛室、發(fā)動機和前軸的初步布置或參考同型、同類布置的汽車的這一尺寸初步確定； S—— 駕駛室與貨廂之間的間隙，一般取 50～ 100mm； LR—— 后懸尺寸，可根據(jù)道路條件或參考同類型汽車初步確定。 軸距的最終確定應通過總布置和相應的計算來完成，其中包括檢查最小轉(zhuǎn)彎半徑和萬向節(jié)傳動的夾角是否過大，軸荷分配是否合理，乘坐是否舒適以及能否滿足整車總體設計的要求等。 汽車輪距對汽車的總寬、總質(zhì)量、橫向穩(wěn)定性和機動性都有較大的影響。輪距愈大，則懸架的角剛度愈大，汽車的橫向穩(wěn)定性愈好，車廂內(nèi)橫向空間也愈大。但輪距也不宜過大，否則，會使汽車的總寬和總質(zhì)量過大。輪距必須與汽車的總寬相適應。 汽車的外廓尺寸包括其總長、總寬、總高。它應根據(jù)汽車 的類型、用途、